Соединение устройств и организация линий интерфейса

Соединение между собой нескольких устройств выполняется двумя способами:

1. посред­ством индивидуальных линий для каждой пары устройств (двухто­чечная схема);
2. общей для всех устройств среды интерфейса на основе разделения времени .

Во втором случае для предотвращения конфликтных ситуаций, возникающих при попытках нескольких устройств одновременно использовать общую среду, выделяют специальную схему управления интерфейсом, обычно называемую арбитром.

В общем случае могут быть реализованы следующие виды обмена: передача от одного устройства только одному другому, от одного устройства всем другим (трансляционный обмен); от одного устройства нескольким произвольно назначаемым устройствам (груп­повой обмен). Аппаратные интерфейсы СВВ обычно реализуют только первый вид обмена – между двумя устройствами, причем оба устройства назначаются произвольно или одно из них (обычно центральное, обозначаемое ниже Уц) фиксируется при разработке ВС. Организация интерфейса должна предоставлять возможность устройству:

• занимать общую среду интерфейса на время передачи сообщения; процесс предоставления среды интерфейса одному уст­ройству называется арбитражем и выполняется схемами арбитра;
• обращаться к другому устройству по его адресу; этот процесс называют адресацией;
• идентифицировать устройство, инициирующее обмен; этот процесс неразрывно связан с процедурой арбитража и его основой является последовательный опрос устройств.

Организация адресации и опроса, а также структура схемы управления интерфейсом в значительной степени определяются способом соединения устройств. По этому признаку различают радиальный, магистральный, цепочный и комбинированный интер­фейсы.

Радиальный интерфейс. Центральное устройство Уц соединено с подчиненными устройствами У1, ..., Уn посредством индивидуальных линий, монопольно принадлежащих каждому из них, рис.4. Управление интерфейсом полностью сосредоточено в устрой­стве Уц. При необходимости передать или получить квант инфор­мации от Уi{ по инициативе центрального устройства Уц на регистр РгА заносится адрес устройства Уi и в соответствии с ним переключатель К соединяет линии Лц с линиями Лi При этом устройства Уц и Уi соединяются между собой, а все остальные устрой­ства отключаются и в обмене участия не принимают. Если инициатива обме­на исходит от периферийного устрой­ства Уi, то оно передает сигнал по своей линии запроса (на рисунке пока­заны штриховыми), который поступает в i-й разряд регистра запроса РгЗ. Как только Уц освобождается от предыдущего обмена, его устройство управления интерфейсом УУ последовательно опрашивает разряды регистра РгЗ и посредством переключателя К соединяет линии Лц с соответствующими линями Лi устройства Уi Порядок опроса разрядов РгЗ определяет приоритет обслуживания устройств Уi.

Отличительными особенностями радиального способа подклю­чения являются: сосредоточенное в центральном устройстве управ­ление интерфейсом, которое предназначено для согласования моментов приема и передачи сообщения; наличие индивидуальных информационных линий, требующих значительных затрат на приемо­передающую аппаратуру, и кабелей связи; использование минималь­ного числа линий управления; возможность сравнительно просто приспособить ПУ к требованиям интерфейса, а также производить физическое подключение и отключение устройств без нарушения непрерывной работы других. Этот способ характерен для интерфейсов нижних рангов, особенно при последовательном способе передачи информации; ему отдают предпочтение при необходимости подклю­чения к ЭВМ достаточно простых ПУ, например, устройств технологической автоматики и контрольно-измерительной аппарату­ры.

Магистральный интерфейс. Центральное устройство Уц соединено с подчиненными устройствами У1, ..., Уn посредством единой магистрали, используемой ими на основе разделения времени (рис.5). Сигнал на любой линии магистрали физически доступен каждому устройству, поэтому для организации обмена между устройством Уц и одним из подчиненных устройств необходимо логически отключить все остальные. Всем устройствам Уi, подклю­ченным к магистрали, присвоены адреса (номера), которые фиксируются в виде собственного адреса устройства на специальных регистрах, размещенных во всех Уi. Адреса устройств одной магистрали не повторяются; запись адреса в регистр устройства Уi производится вручную при подключении его к магистрали.

Предположим, что обмен производится по инициативе устройства Уц. Тогда оно производит цикл адресации, заключающийся в передаче адреса запрашиваемого устройства по магистрали. Адрес поступает во все устройства Уi, где производится сравнение переданного адреса с собственным адресом. Однако совпадение собственного и запрашиваемого адреса произойдет в одном устройстве. При этом устройство Уi устанавливает сигнал готовности к приему информации от Уц или запрашиваемую информацию для Уц на линии магистрали.

Если обмен в интерфейсе производится по инициативе подчинен­ного устройства Уi, то вначале исключается возможность использо­вания магистрали любым другим устройством. С этой целью в магистрали предусматривают специальную линию запросов (на рис.5 линия ТРБ), на которую любое устройство Уi независимо от других может выставлять сигнал запроса (или требования ТРБ). Сигнал запроса означает для Уц, что на магистрали имеется одно или несколько устройств Уi, запрашивающих обмен. Обнаружив сигнал запроса (эту функцию выполняет схема анализа ТРБ), устройство Уц должно дать разрешение на занятие магистрали только одному из запрашивающих устройств Уi для выполнения передачи данных. Для этого проводится опрос устройств Уi, т.е. устройство Уц последовательно осуществляет адресацию всех Уi до тех пор, пока не получит подтверждения запроса. Подтверждение запроса может быть передано любым способом, например, по информационной шине, так как в процессе опроса при последовательном переборе адресов каждое из устройств Уi получает разрешение на занятие магистрали. Так, при совпадении собственного и запрашиваемого адресов устройство Уi может выставить на информационную шину свой адрес, подтвердив совпадение, или какой-нибудь код, означающий несов­падение; кроме того, может быть выделена специальная линия для передачи сигнала подтверждения. Устройство Уц, получив подтвер­ждение от Уi, прекращает дальнейшее формирование адресов, т.е. приостанавливает опрос, а устройство Уi, которое в процессе опроса опознало свой адрес и подтвердило совпадение адресов, логически подключается к магистрали для передачи данных.

При магистральном способе подключения управление интерфей­сом распределено между центральным устройством Уц, которое содержит схему анализа запросов и средства формирования последо­вательностей адресов, и подчиненными У1, ..., Уn устройствами, которые содержат регистр собственного адреса, -схему совпадения адресов и схему запроса обмена. Устройство Уц разрешает конфликты одновременного обращения в соответствии с порядком опроса устройств yi, который легко изменяется программным путем.

Особенности: Объем приемо­передающей аппаратуры и кабельных соединений уменьшается, но усложняется схема управления в yi. Сигналы на линиях магистрали доступны одновременно всем устройствам, поэтому передача адресов и данных не требует значительных затрат времени, однако, процедура опроса весьма длительна из-за последовательного перебора адресов yi. В результате, в реальные интерфейсы, построенные по магистральному способу с параллельными коллективными линиями, добавляют элементы радиального или цепочного подключения.

При цепочной схеме подключения устройств процедура адресации выполняется последовательно.

Пусть обмен инициируется одним из устройств У1,...,Уn, например, У2. При этом устройство отключает посредством комму­татора К все устройства более низкого приоритета (УЗ,...,Уn), т.е. размыкает линии ЛЗ. Затем устройство У2 передает свой адрес по линии Л2. Этот адрес либо передается устройством У1 на линии Л1, если У1 не ведет обмена, для чего коммутатор К в У1 подключает линии Л2 к линиям Л1; либо блокируется, если устройство У1 ведет обмен с Уц. Процедура опроса не требует последовательного перебора адресов У1,...,Уn, что значительно ее ускоряет. Однако в описанном виде цепочное подключение устройств не используется. Это объяс­няется значительными затратами времени на процедуру адресации из-за ее последовательного характера, значительными затратами на коммутирующую аппаратуру и невозможностью физического отклю­чения устройств без нарушения работы других.